Des astronomes de l’université Caltech (États-Unis) ont observé une nouvelle explosion stellaire de type « the Cow » qui a émis une quantité colossale de rayons X. © muratart, Adobe Stock
Sciences

Voici la supernova la plus puissante dans les rayons X jamais observée

ActualitéClassé sous :Univers , Supernova , sursaut gamma

En 2018, les astronomes avaient observé la première explosion en supernova d'une nouvelle classe baptisée « the Cow ». Aujourd'hui, une équipe rapporte avoir découvert une nouvelle de ces explosions étonnantes. La plus brillante jamais observée dans les rayons X.

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[EN VIDÉO] Nébuleuse du Crabe : revivez sa terrible explosion en supernova  Voici, rejouée, l’explosion de la supernova survenue en l’an 1054 dans la constellation du Taureau. Les Terriens de l'époque ont vu une nouvelle étoile nouvelle étinceler jour et nuit durant plusieurs mois. Aujourd'hui, ses restes, baptisés nébuleuse du Crabe, poursuivent leur expansion. Nous les voyons ici observés par cinq grands instruments, travaillant dans différentes longueurs d’onde, en fausses couleurs. 

Jusqu'alors, les astronomes n'en avaient pas observé plus de quatre. Ils viennent de mettre la main sur une cinquième de cette nouvelle classe d'explosions stellaires qu'ils ont baptisée « the Cow » -- comprenez « la vache ». Des explosions remarquables, car plus brillantes -- et plus brèves -- que celles de supernovae classiques. Et celle-ci -- nommée AT2020mrf -- présente une particularité de plus : celle d'avoir été repérée non pas dans le spectre du visible, mais grâce à une impressionnante émission dans les rayons X.

Après analyse des données, il s'avère même qu'AT2020mrf a émis 200 fois plus de rayons X que AT2018cow, la première des explosions de type « the Cow » découverte en 2018. Du jamais vu. « J'ai refait l'analyse plusieurs fois parce que je ne pouvais pas y croire », confie même Yuha, Yao, chercheur à l'université Caltech (États-Unis), dans un communiqué.

Une vue d’artiste sur une supernova classique, à gauche, et sur une explosion « the Cow », à droite. © Bill Saxton, NROA, AUI, NSF

Un « moteur actif » derrière l’explosion stellaire

Rappelons que lorsqu'une étoile massive explose, elle laisse derrière elle, soit un trou noir, soit une étoile à neutrons. Des restes d'étoile généralement relativement inactifs. Mais selon les chercheurs, les événements « the Cow » doivent cacher comme un « moteur central » qui alimente un rayonnement X intense et continu. « Cela a probablement un rapport avec le type d'étoile progénitrice », suggère Yuha, Yao.

À droite, l’emplacement d’AT2020mrf (images du télescope à rayons X eROSITA) en juillet 2020. L’image de gauche montre que la source d’émission n’était pas présente six mois plus tôt. © Pavel Medvedev, SRG/eROSITA

La grande quantité d'énergie libérée et la variabilité rapide des rayons X observée dans AT2020mrf fournissent des preuves solides que la nature de ce « moteur central » pourrait être un trou noir très actif. Ou une étoile à neutrons en rotation rapide que les astronomes appellent un magnétar. Mais pour comprendre pourquoi un « moteur central » aussi actif, il faudra certainement encore aux chercheurs étudier d'autres de ces explosions. Car cette classe de supernova « the Cow » semble vouloir se révéler plus diversifiée que les astronomes l'avaient imaginé.

Pour en savoir plus

Les astronomes ont découvert une nouvelle classe d’explosions cosmiques

En 2018, l'observation d'un flash très lumineux à quelque 200 millions d'années-lumière de la Voie lactée avait dérouté les astronomes. Un phénomène transitoire qui semblait isolé. Mais des chercheurs viennent d'en identifier deux semblables. De quoi former une nouvelle classe d'explosions cosmiques.

Article de Nathalie Mayer paru le 28/05/2020

Les astronomes ont identifié une nouvelle classe d’objets transitoires, des explosions cosmiques rapides, lumineuses et puissantes. © YustynaOlha, Adobe Stock

L'histoire commence en juin 2018, au moment où des astronomes sont les témoins d'une surprenante explosion cosmique à quelque 200 millions d'années-lumière de la Voie lactée. Baptisé AT2018cow et rapidement surnommé « the Cow » -- « la vache » --, cet étrange phénomène transitoire est observé depuis le sol et depuis l'espace. Il est plus brillant qu'une supernova. Et sa courbe de lumière évolue différemment. Un mystère.

Depuis, les astronomes ont découvert deux autres phénomènes transitoires similaires. Le premier, également observé en 2018, s'est produit à quelque 3,4 milliards d'années-lumière. Il est surnommé « le Koala » -- et plus scientifiquement, ZTF18abvkwla. Son émission radio apparaît aussi puissante que celle d'un sursaut gamma.

Il nous a fallu deux ans pour comprendre.

Le deuxième phénomène transitoire semblable à « the Cow » a été surpris quelques années auparavant, en 2016, dans une galaxie à environ 500 millions d'années-lumière, et les chercheurs l'appellent CSS161010« Il était tellement inhabituel qu'il nous a fallu deux ans pour comprendre », raconte Raffaella Margutti, chercheuse à l'université Northwestern, dans un communiqué du National Radio Astronomy Observatory (NRAO, États-Unis). Il a en effet propulsé dans l'espace, une quantité « inattendue » de gaz et de particules à plus de 55 % de la vitesse de la lumière.

Les astronomes connaissent des phénomènes capables d'éjecter de la matière à une vitesse proche de celle de la lumière. Les sursauts gamma et les collisions d'étoiles à neutrons. Mais toujours en très faible quantité. De l'ordre d'un millionième de la masse du Soleil« Ici, il est question de 1 à 10 % de la masse de notre Soleil », remarque Deanne Copejans, chercheuse à l'université Northwestern, dans un communiqué. La preuve, selon les chercheurs, que nous avons là affaire à une nouvelle classe d'explosions cosmiques baptisée Fast Blue Optical Transients (FBOTs) -- « phénomène optique transitoire bleu » -- pour rendre compte de la rapidité du phénomène, quelques jours, et de son pic de luminosité atteint dans le domaine des longueurs d'onde bleues.

Sur cette vue d’artiste, les différences pointées par les astronomes entre l’explosion d’une supernova à effondrement de cœur, un sursaut gamma et la nouvelle classe d’explosions cosmiques : les Fast Blue Optical Transients (FBOTs). © Bill Saxton, NRAO, AUI, NSF

Des étoiles en fin de vie dans des galaxies naines

Les astronomes pensent qu'au point de départ des FBOTs, il y a une étoile massive en fin de vie. Rappelons que l'explosion d'une supernova à effondrement de cœur produit une onde sphérique de matière qui se propage dans l'espace. Si un disque de matière se forme autour de l'étoile à neutron ou du trou noir né de l'explosion -- « l'ingrédient clé » selon les chercheurs -- et qu'il propulse des jets de matériaux étroits à une vitesse proche de celle de la lumière, ces jets peuvent être à l'origine de ce que les astronomes qualifient de sursaut gamma. Pour désigner ce disque et ces jets de matière, les chercheurs parlent de « moteur ».

Et les FBOTs semblent également disposer d'un tel « moteur ». Mais constitué d'un matériau épais, perdu par l'étoile avant son explosion. Peut-être du fait d'une compagne binaire. Ce serait donc lorsque ce matériau se voit frappé par l'onde de l'explosion que la luminosité du phénomène atteint son paroxysme. De même concernant l'émission dans le domaine radio.

Une illustration de l’origine des émissions des FBOTs. © Bill Saxton, NRAO, AUI, NSF

Les astronomes pensent que les étoiles à l'origine de ces explosions cosmiques d'un genre nouveau sont différentes de celles qui produisent des sursauts gamma. Et comme les trois phénomènes de ce type observés jusqu'alors sont localisés dans des galaxies naines, ils imaginent que ce sont ces galaxies naines qui permettent ce type d'évolution stellaire. Les étoiles pauvres en éléments autres que l'hydrogène et l'hélium -- comme on en trouve dans ce type de galaxies -- perdent en effet moins de matière au cours de leur vie. Elles sont donc susceptibles de produire des explosions plus massives lorsque arrive leur fin.

Les chercheurs préviennent aussi que le phénomène pourrait résulter d'étoiles déchiquetées par des tours noirs de taille moyenne. Pour en avoir le cœur net, il faudra observer un peu plus de FBOTs.

Le phénomène ne serait pas si rare. Les astronomes soupçonnent que d'autres FBOTs se cachent dans leurs données. « Nous avons pu les reconnaître comme quelque chose de différent, des supernovae un peu bizarres, mais comme nous ne disposions que d'observations à faible cadence et dans le domaine de l'optique... », remarque Raffaella Margutti, dans le communiqué de l'université Northwestern. En effet, le côté éphémère du phénomène impose des observations à haute cadence, balayant de grandes étendues de ciel. Et si le domaine de l'optique peut renseigner sur les particules se déplaçant « lentement » -- à quelque 10.000 km/s tout de même --, il faut avoir recours aux rayons X ou aux ondes radio pour espérer former une image plus complète de ces puissantes explosions.

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